UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR Facultad de...

UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR Facultad de Ingeniería Automotriz

TESIS DE GRADO PARA LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO EN MECANICA AUTOMOTRIZ

Diseño, Construcción e Implementación de un modulo didáctico en un motor BMW N54 con inyección directa de gasolina

Jaime Gabriel Salgado Asanza

Director: Ing. Juan Fernando Iñiguez

2011

Quito, Ecuador

C E R T I F I C A C I Ó N Yo, Jaime Gabriel Salgado declaro que soy el autor exclusivo de la presente investigación y que ésta es original, auténtica y personal mía. Todos los efectos académicos y legales que se desprendan de la presente investigación serán de mi exclusiva responsabilidad. Jaime Gabriel Salgado Asanza CI:171473559-2 Yo, Juan Fernando Iñiguez, declaro que, en lo que yo personalmente conozco, el señor, Jaime Gabriel Salgado Asanza, es el autor exclusivo de la presente investigación y que ésta es original, auténtica y personal suya. Juan Fernando Iñiguez Director

II

AGRADECIMIENTO

Este agradecimiento va dirigido a mi madre quien solvento los costos de carrera y principalmente quien me ha educado y formado como la persona de bien que soy, espero algún día poder recompensar el gran esfuerzo que ha hecho, y ser un digno reflejo de una persona tan noble y ejemplar como es ella.

Un agradecimiento especial a mi director de tesis quien además de ser un excelente educador, ha sido un sabio amigo quien me ayudo a realizar esta tesis con gran criterio y sensatez.

III

DEDICATORIA

Esta tesis de grado va dirigida a mis profesores de quienes he obtenido el conocimiento necesario para comprender los retos a los cuales me enfrento en esta profesión además de los conocimientos necesarios para mi desenvolvimiento dentro de la misma.

También va dedicada a los estudiantes de la carrera de Ingeniería Automotriz de la Universidad Internacional del Ecuador para que esta tesis de grado sirva para un mejor entendimiento de las nuevas tecnologías

Finalmente queda esta tesis de grado en manos de la Universidad Internacional del Ecuador para que sirva además de cómo material didáctico también como ejemplo de que en esta Universidad conocemos y poseemos de material de última tecnología

IV

INDICE GENERAL

Capitulo 1- Descripción del Motor BMW N54 1.1 Objetivo General 1

1.2 Objetivos Específicos 1

1.3 Justificación 1

1.4 Generalidades y Datos Técnicos 2

1.5 Vanos 7

1.6 Sistema de refrigeración 11

1.6.1 Refrigeración por agua 13

1.6.2 Refrigeración por aceite 16

Capitulo 2- Inyección directa de gasolina BMW 2.1 Generalidades 18

2.2 Componentes y Funciones 23

Capitulo 3- Maqueta 3.1 Elaboración 32

3.1.1 Revisión y Localización de Daños 32

3.1.2 Limpieza y Corte del Motor 33

3.1.3 Estructura de Soporte para Motor 35

3.1.4 Ensamblaje de Motor y Maqueta 37

3.1.5 Elaboración de Sistema Eléctrico 40

3.2 Guías de practicas 50

3.2.1 Guía de Practica 1 50



Conclusiones y Recomendaciones 57

Bibliografía 60

V

INDICE DE CUADROS

Figura 1.1 Evolución de motores BMW 3

Figura 1.2 Grafico de Potencia y Torque Motor N54 6

Figura 1.3 Sistema Vanos 8

Figura 1.4 Esquema Hidráulico del Sistema Vanos 9

Figura 1.5 Unidad de Vanos 10

Figura 1.6 Sistema de Refrigeración 12

Figura 1.7 Bomba Eléctrica de Refrigerante 13

Figura 1.8 Termostato de Diagrama Característico 14

Figura 1.9 Sistema de Refrigeración de Aceite 16

Figura 1.10 Conductos de Refrigeración de Aceite 17

Figura 2.1 Inyección en el Cilindro 19

Figura 2.2 Sistema HPI 21

Figura 2.3 Grafico de Presión 22

Figura 2.4 Bomba de Alta Presión 23

Figura 2.5 Elemento de Bombeo 25

Figura 2.6 Cámara de Combustión 26

Figura 2.7 Inyector Piezoeléctrico 27

Figura 2.8 Grafico de Inyección 28

Figura 2.9 Elemento Piezoeléctrico 29

Figura 3.1 Vista del Cabezote 32

Figura 3.2 Vista del Block 33

Figura 3.3 Vista del Cigüeñal 33

Figura 3.4 Herramientas de Corte 34

Figura 3.5 Corte en el Block 34

Figura 3.6 Corte en el Carter de Aceite 34

Figura 3.7 Tapa de Válvulas antes de ser Cortada 35

Figura 3.8 Electrodos 35

Figura 3.9 Soporte de Motor 36

Figura 3.10 Base de Sujeción para Motor 36

Figura 3.11 Ruedas en Soporte 37

Figura 3.12 Imagen de Motor Durante Ensamblaje 37

VI

Figura 3.13 Motor sobre Soporte 38

Figura 3.14 Bomba de Combustible Baja de Presión 38

Figura 3.15 Conexión Hidráulica para Adaptación del Manómetro 39

Figura 3.16 Conectores de Inyectores 39

Figura 3.17 Conexión Hidráulica para Manómetro de Alta Presión 40

Figura 3.18 Módulos de Control 40

VII

INDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Datos Técnicos Motor N54 5

VIII

SINTESIS

Esta tesis ha tenido como objetivo principal elaborar una maqueta del sistema

de inyección directa de gasolina dentro de un motor N54 de BMW. Esto se ha

realizado dentro de un corte técnico en el cual permite apreciar los

componentes que intervienen en este motor, se implemento dentro de esta

maqueta el sistema propio de inyección directa de este motor dentro del cual es

visible el funcionamiento de los inyectores de inyección directa de gasolina.

Por supuesto este trabajo va acompañado de un trabajo escrito donde se

describe tanto el funcionamiento de esta maqueta además de la función de sus

componentes principales. En este trabajo además se describe los datos

técnicos que tiene el motor N54 de BMW de donde proviene propiamente este

sistema de inyección directa de gasolina. También se describe el sistema de

inyección directa de gasolina tanto su funcionamiento como sus componentes y

su función dentro de este sistema, esto para lograr comprender el sistema

como tal. En este trabajo escrito describo como se realizo esta maqueta y las

funciones que cumple, además de los problemas que surgieron durante la

construcción de la misma.

Esta maqueta consta de un corte en los principales componentes del motor

donde se puede apreciar la inyección de los inyectores directamente en la

cámara de combustión. La inyección de estos inyectores esta comandada por

un modulo electrónico el cual realiza una inyección individual de cada inyector

según el orden de encendido del motor. El sistema tiene manómetros en los

circuitos de combustible en donde se puede apreciar las distintas presiones

tanto en el sistema de baja y alta presión del mismo. La bomba de alta presión

en lugar de ser propulsada por el motor de combustión como normalmente está

diseñado, esta propulsada por un motor eléctrico el cual abastece al riel de

inyectores para su posterior pulverización. Tiene un modulo adicional para

controlar la presión del riel de inyectores el cual verifica constantemente la

presión del sistema mediante el sensor de presión que está ubicado en la riel

de inyección, esta presión es regulada mediante la válvula de control de caudal

que se encuentra incluida en la bomba de alta presión. Hacia esta válvula llega

IX

en PWM para regular la presión esto se logra mediante la programación de

este modulo.

Finalmente esta tesis cumple los objetivos para la cual fue planteada y es una

guía más para los profesores de la Universidad Internacional del Ecuador para

que sea utilizada como una herramienta tanto didáctica como teórica para

comprender este nuevo avance tecnológico el cual está a punto de ser

encontrado en todos los futuros modelos de vehículos de todas las marcas.

X

Summary

This thesis has a main objective to elaborate a model of gasoline direct injection

system which is inside a motor BMW N54. This it has been carried out inside a

technical cut in which aloud to appreciate the components that involves in this

motor. Inside this model, a direct injection of this motor was implemented inside,

which is visible the operation of the injectors.

This project goes accompanied by a written work where the operation of this

model and its principal components are shown. The technical data of the n54

BMW is described of where exactly the direct injection of gasoline comes from.

Also the direct injection is described with its operation, components, functions

inside this system, due to a good understanding of the system itself. In this

written work, I describe how this model was build and its functions, besides the

problems that came during the construction it.

This model has a cut in the main components of the motor where we can

appreciate the injection of the injectors directly in the combustion chamber. The

injection of these injectors is commanded by a electronic module which carries

out each injector according to the ignition order of the engine. The system has

many gauges in the fuel circuits where we can appreciate different pressures in

the system of low and high pressure. The high pressure fuel pump instead of

being propelled by the engine as normally is designed; this one is propelled by

an electric motor which supplies to the rail of injectors for its subsequent

spraying. It has additional module to control the pressure of the rail which

verifies constantly the pressure of the system by a pressure sensor which is

located in the rail. This pressure is regulated by a volume control valve that is

found inside the fuel pump. Toward this valve arrives the PWM to regulate the

pressure, which is achieved by programming the module.

Finally this thesis complies the objectives for which was presented and is a

guide for the professors of the International University of Ecuador, so it can be

used as a didactic and theoretical tool to understand this new technological

advance which is about to be found in all the future models of vehicles of all the

brands.

FORMULARIO DE RESUMEN DE TESIS

UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR

FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRAFICO DE TESIS

FACULTAD DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ

ESCUELA DE MECANICA AUTOMOTRIZ TITULO: Diseño, Construcción e Implementación de un modulo didáctico en un motor BMWN54 con inyección directa de gasolina AUTOR: Jaime Gabriel Salgado Asanza ENTIDAD QUE AUSPICIA LA TESIS: Ninguna FINANCIAMIENTO: SI: NO: X PREGRADO: X POSGRADO:

FECHA DE ENTREGA DE TESIS: DIA: MES: AÑO: GRADO ACADEMICO OBTENIDO: Ingeniero Mecánico Automotriz No. Pags: 60 No.Ref.Bibliografica: No.Anexos No.Planos

RESUMEN: Esta tesis ha tenido como objetivo principal elaborar una maqueta del sistema de inyección directa de gasolina dentro de un motor N54 de BMW. Esto se ha realizado dentro de un corte técnico en el cual permite apreciar los componentes que intervienen en este motor, se implemento dentro de esta maqueta el sistema propio de inyección directa de este motor dentro del cual es visible el funcionamiento de los inyectores de inyección directa de gasolina. Por supuesto este trabajo va acompañado de un trabajo escrito donde se describe tanto el funcionamiento de esta maqueta además de la función de sus componentes principales. En este trabajo además se describe los datos técnicos que tiene el motor N54 de BMW de donde proviene propiamente este sistema de inyección directa de gasolina. También se describe el sistema de inyección directa de gasolina tanto su funcionamiento como sus componentes y su función dentro de este sistema, esto para lograr comprender el sistema como tal. En este trabajo escrito describo como se realizo esta maqueta y las funciones que cumple, además de los problemas que surgieron durante la construcción de la misma. Esta maqueta consta de un corte en los principales componentes del motor donde se puede apreciar la inyección de los inyectores directamente en la cámara de combustión. La inyección de estos inyectores esta comandada por un modulo electrónico el cual realiza una inyección individual de cada inyector según el orden de encendido del motor. El sistema tiene manómetros en los circuitos de combustible en donde se puede apreciar las distintas presiones

tanto en el sistema de baja y alta presión del mismo. La bomba de alta presión en lugar de ser propulsada por el motor de combustión como normalmente está diseñado, esta propulsada por un motor eléctrico el cual abastece al riel de inyectores para su posterior pulverización. Tiene un modulo adicional para controlar la presión del riel de inyectores el cual verifica constantemente la presión del sistema mediante el sensor de presión que está ubicado en la riel de inyección, esta presión es regulada mediante la válvula de control de caudal que se encuentra incluida en la bomba de alta presión. Hacia esta válvula llega en PWM para regular la presión esto se logra mediante la programación de este modulo. Finalmente esta tesis cumple los objetivos para la cual fue planteada y es una guía más para los profesores de la Universidad Internacional del Ecuador para que sea utilizada como una herramienta tanto didáctica como teórica para comprender este nuevo avance tecnológico el cual está a punto de ser encontrado en todos los futuros modelos de vehículos de todas las marcas.

PALABRAS CLAVES: Inyección directa de gasolina a la cámara de combustión MATERIA PRINCIPAL: Inyección de combustible MATERIA SECUNDARIA: Inyección electrónica de combustible

TRADUCCION AL INGLES

TITLE: Design, construction and implementation of a didactic module in a BMW motor N54 with direct injection of gasoline ABSTRACT: This thesis has a main objective to elaborate a model of gasoline direct injection system which is inside a motor BMW N54. This it has been carried out inside a technical cut in which aloud to appreciate the components that involves in this motor. Inside this model, a direct injection of this motor was implemented inside, which is visible the operation of the injectors. This project goes accompanied by a written work where the operation of this model and its principal components are shown. The technical data of the n54 BMW is described of where exactly the direct injection of gasoline comes from. Also the direct injection is described with its operation, components, functions inside this system, due to a good understanding of the system itself. In this written work, I describe how this model was build and its functions, besides the

problems that came during the construction it. This model has a cut in the main components of the motor where we can appreciate the injection of the injectors directly in the combustion chamber. The injection of these injectors is commanded by a electronic module which carries out each injector according to the ignition order of the engine. The system has many gauges in the fuel circuits where we can appreciate different pressures in the system of low and high pressure. The high pressure fuel pump instead of being propelled by the engine as normally is designed; this one is propelled by an electric motor which supplies to the rail of injectors for its subsequent spraying. It has additional module to control the pressure of the rail which verifies constantly the pressure of the system by a pressure sensor which is located in the rail. This pressure is regulated by a volume control valve that is found inside the fuel pump. Toward this valve arrives the PWM to regulate the pressure, which is achieved by programming the module. Finally this thesis complies the objectives for which was presented and is a guide for the professors of the International University of Ecuador, so it can be used as a didactic and theoretical tool to understand this new technological advance which is about to be found in all the future models of vehicles of all the brands. KEY WORDS: Fuel direct injection of gasoline in combustion chamber

FIRMAS:

………………………… ……………………………

DIRECTOR GRADUADO

NOTAS

1

CAPITULO 1.- DESCRIPCION DEL MOTOR BMW N54

1.1 OBJETIVO GENERAL

Comprender el funcionamiento de la inyección directa de gasolina lo que

permita el estudio de este sistema

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Demostrar el funcionamiento de la inyección directa de combustible dentro de

un motor.

Comprender las características que tiene un motor que usa este tipo de

inyección.

Visualizar, enumerar y entender los distintos componentes en funcionamiento

dentro de la inyección directa de gasolina.

Explicar el funcionamiento de la inyección directa de combustible.

Elaborar un modulo electrónico que permita controlar la inyección dentro de la

maqueta.

Indicar las ventajas que tiene actualmente los sistemas de inyección directa de

combustible.

1.3 JUSTIFICACION

El sistema de inyección de combustible ha evolucionado a través del tiempo

con distintos avances tecnológicos lo que optimizan el comportamiento del

motor de combustión. Esta investigación va dirigida a comprender los avances

realizados en este sistema de alimentación de combustible. Además de

entender el funcionamiento de este sistema el cual refiere a el ultimo avance

tecnológico respecto a esta materia.

Este proyecto servirá para fines prácticos para la facultad de mecánica

automotriz, donde los profesores de esta universidad pueden demostrar el

funcionamiento de este sistema mejorando la calidad de las prácticas de

laboratorio. La ventaja de este proyecto es que la universidad podrá contar con

2

tecnología de última generación lo que permitirá a la universidad estudiar estos

temas más a fondo

Esta investigación permitirá comprender de mejor manera el funcionamiento

de la inyección de combustible en los motores de combustión además

descubrir la nueva tecnología en cuanto a inyección directa de combustible que

se encuentra disponible en marcas de segmento Premium. Es fundamental

para la Universidad Internacional del Ecuador contar con elementos de

aprendizaje que se encuentren actualizados al mismo ritmo que la industria

automotriz se encuentra desarrollándose.

1.4 GENERALIDADES Y DATOS TECNICOS

La filosofía de BMW se basa en su programa de DINAMICA EFICIENTE,

menor consumo mayor potencia. Este programa no consiste en una única

tecnología, sino en todo un paquete de medidas perfectamente adaptadas para

reducir el consumo y las emisiones de CO2, al mismo tiempo aumentando el

placer de conducir traducido a las prestaciones de sus vehículos.

El motor N54 supone la aparición de otro miembro más de la nueva generación

de la gama de motores en línea de 6 cilindros en BMW. Con este motor

prosigue el desarrollo de una elevada dinámica con unas reducidas emisiones

de contaminantes y un bajo consumo de combustible de forma especial, algo

ya iniciado con el motor N52. Con el desarrollo de este motor se pretendían

satisfacer muchas exigencias. Entre ellas cabe señalar la reducción de las

emisiones de CO2, el deseo de un mayor placer en la conducción gracias a

una mayor potencia y a un bajo consumo de combustible, además de las

diferentes normas de emisión vigentes en los distintos mercados.

El motor N54 de BMW es un motor de seis cilindros en línea mantenimiento la

tradición de BMW de producir para sus motores de seis cilindros la disposición

únicamente en línea. Desde el año 1980 con el 745i de su época BMW no

había producido un motor a gasolina con turbo compresión, siendo en el Salón

del Automóvil de Ginebra 26 años después con la carrocería E92 serie 3 su

gran lanzamiento en el año 2006. Después en el año 2007 y 2008 gana el

premio internacional al motor del año.

3

Los motores de seis cilindros de BMW se han optimizado de forma constante a

lo largo del tiempo. Inicialmente fue el M20, que se sustituyó más adelante con

el M50. Para lograr los objetivos de incremento de la potencia y reducción del

consumo y las emisiones, se introdujo en el M50 la entrada VANOS y la

regulación de picado para la combustión. Con el M52, sucesor del M50, y la

introducción de la doble válvula VANOS, el cárter del cigüeñal de aluminio y el

catalizador próximo al motor se avanzó nuevamente un paso decisivo hacia la

consecución de los objetivos mencionados. Asimismo, también se tuvo cada

vez más en cuenta la reducción del peso en la propulsión. Esto permitió un

incremento del dinamismo del 2% y una reducción del consumo del 5% en

relación con el M50. El nuevo sucesor, el M54, consiguió distanciarse de nuevo

de sus predecesores gracias al módulo del pedal acelerador electrónico y a

otras mejoras técnicas como la bomba de aire secundaria para el tratamiento

ulterior de emisiones. Esto hizo posible incrementar el dinamismo con respecto

a su predecesor en un 2% y una reducción del consumo de combustible de otro

2%. De este modo se cumplía las normativas legales sobre gases de escape

ULEV y Euro 3 de modo muy satisfactorio. Una variante del M54, el M56, logró

incluso satisfacer la estricta normativa estadounidense sobre gases de escape

SULEV.

Figura 1.1 Evolución de motores BMW1

1 Fuente Manual Técnico BMW

4

A) Regimen Nominal (1/min)

B) Año

C) Valor Medio

1) 2 valvulas, sv

2) 2 valvulas, ohv

3) 2 valvulas, ohc

4) 4 valvulas, dohc, Vanos E

5) 4 valvulas,dohc, Vanos A y E

6) 4 valvulas,dohc, Vanos A y E

7) 4 valvulas,dohc, Vanos A y E mando de válvulas totalmente variable

El proceso de inyección directa con guiado del chorro HPI (High Precision

Injection) representa una solución eficaz para la reducción del consumo. En

combinación con este sistema de inyección, se logran evitar los principales

inconvenientes de la sobrealimentación de los motores de gasolina, tales como

una reducida relación de comprensión y una tendencia a la detonación. Es algo

confirmado que los potenciales de la sobrealimentación para el aumento de

potencia y del par del motor ya no dan más de sí. El motor N54 propulsado con

λ = 1 explora las posibilidades de potencia de un motor de gran cilindrada,

aunque evitando sus inconvenientes de consumo.

La nueva mecánica punta planteada con la técnica de dos turbocompresores y

la inyección directa de gasolina del motor N54 amplía con vistas al futuro la

gama de motores en línea de 6 cilindros de BMW. Con una potencia de 225

kW/306 CV y un par motor máximo de 400 Nm.

Este es el primer motor en línea de 6 cilindros con dos turbocompresores,

inyección HPI (High Precision Injection) y cárter de cigüeñal de aluminio

impresiona por un comportamiento de respuesta desconocido hasta hace poco

entre los motores con sobrealimentación y una fuerza de tracción sostenida

incluso con un elevado régimen de revoluciones.

5

Tabla 1.1 Datos Técnicos Motor N542 Designación Valor

Tipo de construcción Motor en línea de 6

cilindros

Cilindrada [cm3] 2979

Taladro/carrera [mm] 84/89,6

Distancia entre cilindros [mm] 91

Cojinete principal ∅ del cigüeñal [mm] 65

Cojinete de biela ∅ del cigüeñal [mm] 50

Orden de encendido 1-5-3-6-2-4

Potencia [kW/CV] 225/306

por régimen [r.p.m.] 5800

Par [Nm] 400

por régimen [r.p.m.] 1300-5000

Régimen de limitación de caudal [r.p.m.] 7000

Relación peso-potencia [kg/kW] 0,83

Potencia referida a cilindrada [kW/l] 75,5

Relación de compresión 10.2

Válvulas/cilindros 4

Válvula de aspiración ∅ [mm] 31.44

Válvula de escape ∅ [mm] 28

Ángulo de apertura del árbol de levas Entrada 125-70 [cigüeñal]

Ángulo de apertura del árbol de levas Salida 130-85 [cigüeñal]

Expansión del árbol de levas Entrada 55 [°cigüeñal]

Expansión del árbol de levas Salida 45[°cigüeñal]

Peso del motor [kg] (grupo 11 hasta 13) 187

Octanaje del combustible [ROZ] 98

Combustible [ROZ] 95-98

Aceite de motor Longlife-04 SAE 5W-30

Norma sobre gases de escape UE EURO4

Norma sobre gases de escape EE.UU. ULEV2

2

Fuente: Manual Técnico BMW

6

Figura 1.2 Grafico de Potencia y Torque motor N543

3 Fuente: Manual Técnico BMW

7

1.5 VANOS

El sistema Vanos tiene como propósito y ventaja, mejorar el comportamiento de

los gases de escape, reducir el consumo de combustible y al mismo tiempo

incrementa la potencia y el par.

El funcionamiento en este sistema de regulación se gira el árbol de levas tanto

de admisión como de escape en relación con el cigüeñal, el ajuste se lleva a

cabo a través de la presión de aceite, que a su vez se controlan con

reguladores de accionamiento eléctrico. Para optimizar este tipo de sistemas se

ha ido desarrollando esta tecnología en el transcurso del tiempo en distintas

marcas del sector automotriz debido a la eficiencia de estos sistemas.

La regulación del árbol de levas del lado de admisión puede influir de forma

positiva sobre el par máximo o la potencia máxima según la disposición del

contorno de las levas. Para una potencia máxima del motor resulta

determinante la posición en el momento "Cerrar válvula de aspiración". Para

lograr regímenes más altos, se desplaza el momento de cierre de la válvula de

aspiración en dirección hacia tarde". El momento se selecciona de forma que,

en la medida de lo posible, el llenado del cilindro se reduzca de forma óptima y

se logre un gran suministro de potencia. La vuelta de los gases de la cámara

de combustión al canal de aspiración puede evitarse mediante la adaptación

del número de revoluciones el momento de cierre de la válvula de aspiración.

Gracias a la regulación del árbol de levas es posible variar la coincidencia de

las válvulas de forma que pueda controlarse la proporción de gas residual en el

cilindro. Debido a la permanencia de gases residuales en el cilindro se limita el

nivel de temperatura de la combustión y consecuentemente se reduce la

emisión de óxido de nitrógeno.

8

Figura 1.3 Sistema Vanos4

1- Unidad Vanos de escape

2- Unidad Vanos de admisión

3- Sensor del árbol de levas de admisión

4- Sensor del árbol de levas de escape

5- Válvula electromagnética


Las unidades VANOS de los árboles de levas de admisión y de escape tienen

diferentes recorridos de regulación. No deben confundirse, ya que de lo

contrario pueden provocarse daños en el motor debido a la superposición de

las válvulas. Por esta razón, en la placa frontal de la unidad VANOS se

encuentra grabada la inscripción "AUS/EX" o "EIN/IN".

Las unidades VANOS aquí empleadas presentan el siguiente ángulo de ajuste,

para la unidad Vanos de admisión - 55° de cigüeñal mientras para la unidad

Vanos de escape - 45° de cigüeñal

En el siguiente grafica podemos encontramos el esquema hidráulico del

sistema para mejor comprensión.

4Fuente: Manual Técnico BMW

9

Figura 1.4 Esquema Hidráulico del Sistema Vanos5

1- Carter de aceite

2- Bomba de aceite

3- Filtro de aceite del motor

4- Válvula de bloqueo de retorno

5- Válvula de bloqueo de retorno

6- Tamiz

7- Tamiz



10- Motor de aletas

11- Motor de aletas

El circuito de aceite de la VANOS avanza desde el cárter de aceite (1) a través

de la bomba de aceite (2) hasta el filtro de aceite del motor (3) y desde allí se

bifurca hacia los lados de admisión y de escape a través de una válvula de

bloqueo de retorno (5) montada entre la culata y el bloque de cilindros y un

tamiz fino (6) en la válvula electromagnética hasta la válvula electromagnética

(9). A través de la válvula electromagnética se suministra presión de aceite a

uno u otro lado de la cámara de presión del motor de aletas (10) según las

necesidades.


10

Podemos apreciar en el siguiente grafico el interior de una unidad de VANOS

Figura 1.5 Unidad de Vanos6

1- Placa frontal

2- Chapa de sujeción

3- Muelle de enclavamiento

4- Cámara de presión de la variación hacia avance

5- Canal de aceite

6- Canal de aceite

7- Árbol de levas

8- Canal de aceite

9- Caja con corona dentada

10- Canal de aceite

11- Cámara de presión de la variación hacia retardo

12- Resorte de torsión

13- Tornillo de fijación


11

Una ventaja importante del motor de aletas es que los tiempos de distribución

se ajustan con facilidad. El ajuste de los tiempos de distribución puede

compararse al de los motores sin VANOS. Esto es posible gracias a la

utilización de una clavija de enclavamiento en la unidad VANOS. Esta clavija se

enclava tan pronto la VANOS queda sin presión y queda en la posición de

enclavamiento empujada por el resorte de torsión (12).

Desde la válvula electromagnética correspondiente, el aceite pasa a través de

la culata y el canal del aceite (5) o el (8) al árbol de levas de la unidad VANOS.

Para la junta entre el árbol de levas y la culata se montan anillos de gancho

que hermetizan los canales de aceite entre sí y con el compartimento de la

válvula.

1.6 Sistema de refrigeración

Como concepto la refrigeración refiere a la evacuación de calor de un cuerpo o

moderar la temperatura hasta mantenerla en un valor constante. El sistema de

refrigeración de un vehículo refiere al conjunto de elementos que permiten

expulsar el calor del interior del vehículo (causada por la combustión,

rozamiento y compresión) hacia el exterior. De esta manera este sistema

funciona con la finalidad de reducir el esfuerzo térmico que rodean a los

componentes de la cámara de combustión.

En el caso del sistema de refrigeración del motor N54 podemos encontrar dos

subsistemas; el uno por agua y el otro por aceite. En la parte inferior podemos

observar el grafico del sistema de refrigeración completo

12

Figura 1.6 Sistema de Refrigeración 7

1- Radiador

2- Radiador de caja de cambios

3- Sensor de temperatura en la salida del radiador

4- Radiador de aceite de motor

5- Termostato de radiador de aceite de la caja de cambios

6- Termostato de campo característico

7- Bomba eléctrica de refrigerante

8- Turbo compresor de gases de escape

9- Intercambiador de calor de la calefacción

10- Sensor de temperatura en la salida de la culata

11- Termostato del radiador de aceite del motor

12- Deposito de expansión

13- Tubería de purga de aire

14- Radiador de aceite de la caja de cambios

15- Ventilador 7 Fuente: Manual Técnico BMW

13

Cabe mencionar que a diferenciación de los motores de 3 litros de BMW, este

motor al ser más potente requiere tanto de una bomba de refrigeración de

mayor potencia al igual que un ventilador de mayor potencia. A continuación

entenderemos el sistema de refrigeración de agua cuyo esquema es similar al

de los motores de 3 litros sin turbo alimentación.

1.6.1 Sistema de refrigeración de agua

La particularidad del sistema de refrigeración de este motor se encuentra en

que podemos regular la potencia frigorífica en función a la carga del motor esto

activando los siguientes componentes:

- Bomba eléctrica de refrigerante

- Ventilador eléctrico

- Termostato de campo característico

En cuanto a la bomba eléctrica de de refrigerante estamos hablando de una

electrobomba centrifuga de 400w de potencia y un caudal máximo de 9000 l/h.

A continuación encontramos un grafico descriptivo de este componente

Figura 1.7 Bomba Eléctrica de Refrigerante8

1-Bomba

2- Motor

3- Componente eléctrico 8 Fuente: Manual Técnico BMW

14

La potencia del motor eléctrico con contador hidráulico es regulada

electrónicamente por medio del componente electrónico (3) de la bomba. El

componente electrónico está unido al dispositivo de mando del motor DME por

medio de la interfaz de datos serial por bits (BSD). El dispositivo de mando del

motor determina la potencia frigorífica necesaria a partir de la carga del motor,

del tipo de carga y de los datos del sensor de temperatura. Basándose en

dichos datos, el dispositivo de mando del motor transmite a la electrobomba de

líquido refrigerante la demanda correspondiente. La electrobomba de líquido

refrigerante regula automáticamente su régimen de revoluciones de acuerdo

con dicha demanda. El refrigerante del sistema atraviesa el motor de la bomba

de refrigerante. De este modo pueden refrigerarse tanto el motor como el

componente electrónico. Los rodamientos de la bomba eléctrica de refrigerante

se lubrican con el refrigerante. A continuación podemos apreciar el grafico

descriptivo del termostato de diagrama característico.

Figura 1.8 Termostato de Diagrama Característico9

1- Resistencia térmica

2- Válvula principal

3- Pieza insertada de elastómero

4- Válvula de derivación 9 Fuente: Manual Técnico BMW

15

5- Carcasa

6- Conectores

7- Carcasa del elemento de trabajo

8- Resorte principal

9- Embolo de trabajo

10- Traviesa

11- Válvula de derivación

Dado que una administración inteligente del calor en función de la temperatura

del motor influye sobre el consumo de combustible, las emisiones de

contaminantes, la potencia y el confort, se ha desarrollado este termostato del

campo característico para lograr dicha administración inteligente del calor.

Existe una resistencia térmica calefactada eléctricamente en el material

dilatable del elemento de trabajo. De este modo el material dilatable no se

calienta ya sólo por el paso de líquido refrigerante que fluye sino que más bien

puede ser calefactado "artificialmente", lográndose así el efecto ante

temperaturas más bajas que de otro modo no provocarían ninguna reacción.

El control del elemento calefactor se hace cargo del sistema de control del

motor por medio valores los cuales son, carga del motor, numero de

revoluciones del motor, velocidad de marcha, temperatura de aire de aspiración

y temperatura de liquido refrigerante.

De esta manera es posible ajustar una mayor temperatura del líquido

refrigerante en el rango de carga parcial del motor. Con unas temperaturas de

servicio más elevadas en el rango de carga parcial se busca una mejor

combustión, lo que tiene como consecuencia un menor consumo de

combustible y unas reducidas emisiones de gases de escape. En el rango de

plena carga, en cambio, unas temperaturas de servicio elevadas pueden

conllevar ciertos inconvenientes. Por esta razón, en el rango de plena carga y

con ayuda del termostato del campo característico, se regulan unas

temperaturas intencionadamente más bajas del líquido refrigerante. Esta

regulación mediante el campo característico también depende de un ventilador

eléctrico, el cual puede ser activado por el sistema de control del motor

16

1.6.2 Sistema de refrigeración de aceite

En algunos modelos de vehículos se utiliza un sistema de refrigeración de

aceite para sistema como el aceite de motor o de la caja de cambios, incluso

en el sistema de la dirección hidráulica

Éstos se montan cuando la pérdida del calor resultante no se puede expulsar a

través de la superficie del cárter del aceite o la carcasa, de tal modo que se

pueden sobrepasar las temperaturas del aceite permitidas. Para la

refrigeración del aceite se emplean radiadores de aceite y de aire o incluso

intercambiadores de calor con el radiador aceite/líquido refrigerante/aire

realizados en aluminio

Figura 1.9 Sistema de Refrigeración de Aceite10

El motor N54 está equipado con un potente radiador de aceite del motor. La

bomba de paletas oscilante impulsa el aceite desde el cárter de aceite hasta el

filtro de aceite. En la carcasa del filtro de aceite hay un termostato abridado que

da vía libre al aceite hasta el radiador de aceite del motor. El radiador de aceite

del motor va montado en el pasarruedas derecho.

El termostato puede reducir la resistencia que se presenta al aceite habilitando

un cortocircuito entre el avance y el retorno del radiador del aceite del motor.

De este modo se garantiza un calentamiento más rápido y seguro del motor.

10


17

Figura 1.10 Conductos de Refrigeración de Aceite11

11

Fuente. Manual Técnico BMW

18

CAPITULO 2. INYECCION DIRECTA DE GASOLINA

En este capítulo buscaremos comprender como funciona la última evolución en

cuanto a sistemas de inyección a gasolina se refiere

2.1. INYECCION DIRECTA DE GASOLINA BMW

El último avance tecnológico en cuanto a inyección de gasolina se refiere se

encuentra en el sistema de inyección directa HPI (High Presition Inyection) a

continuación entenderemos el funcionamiento completo de este sistema.

La inyección directa se puede traducir en menor consumo, menor emisiones los

objetivos de la misma son la adaptación de la inyección y la preparación de la

mescla, lograr una composición de la mescla adaptada al estado de carga y

funcionamiento del motor. Ya en la práctica el resultado de este tipo de

inyección frente a su predecesor que inyectaba combustible en el múltiple de

admisión, podemos ver las ventajas como, la mejora en la capacidad de

respuesta, el incremento de potencia y par motor en todo margen de

revoluciones y la considerable reducción de consumo y emisión de gases.

Cuando hablamos de inyección directa de combustible la podemos encontrar

en dos formas de formación de mezcla la una estratificada y la otra

homogénea. Las cuales se ven diferenciadas en cuanto al consumo de

combustible y emisión de gases de escape. Estos dos tipos varían según el

requerimiento de funcionamiento por ejemplo al encontrarse a carga media con

requerimientos de mescla pobre se utilizaría la inyección estratificada.

La inyección directa aumenta el rendimiento del motor en un 10 por ciento, esto

mediante la ventaja de formar la mezcla en el interior de la cámara de

combustión, a diferencia de la inyección convencional la cual forma la mezcla

antes de ingresar en la cámara de combustión causando que se pierda energía

calorífica durante la volatización, en la inyección directa debido a este efecto

puede mejorar el comportamiento de picado lo que permite que se pueda

aumentar la relación de compresión. Dicho de otra manera al tener un

combustible a menor temperatura en la cámara de combustión podemos

controlar mejores las detonaciones lo que permite aumentar la relación de

compresión lo que claramente se traduce en efectividad del motor.

19

Figura 2.1 Inyección en el Cilindro12

1- Inyección en el colector de admisión

2- Inyección directa homogénea

3- Inyección con servicio estratificado

El procedimiento empieza en el interior de la cámara de combustión la presión

de combustible puede llegar hasta 200 bares, el ángulo de chorro y la conicidad

de los inyectores se ha optimizado para lograr una homogeneización optima en

todo funcionamiento. El combustible inyectado recibe una turbulencia en la cual

influye mucho la forma del pistón, esta rotación genera una nube de

combustible en forma de cono. Todo esto consigue una fina pulverización que

permite una evaporación más rápida del combustible. Al evaporarse el

combustible se extrae el calor necesario del aire y se enfría. De esta forma se

reduce el volumen de la carga de los cilindros y con la válvula de admisión

abierta se aspira más aire y se mejora el llenado de los cilindros.

12


20

En los motores con inyección indirecta de combustible y en especial durante el

proceso de arranque y calentamiento del motor, queda depositado en las

paredes y las válvulas, combustible que no se puede quemar, esto da lugar a

necesidad de más combustible para la combustión en especial en esta fase del

motor. En inyección directa de gasolina al arrancar el motor la inyección no

sucede hasta poco antes de finalizar el ciclo de compresión en la cavidad del

pistón moldeada específicamente. Esta cavidad en el pistón garantiza que el

combustible entre directamente en las bujías, así se forma alrededor una capa

que genera una mescla inflamable.

Una vez arrancado el motor, la gestión del motor pasa a fase de calentamiento

del catalizador. Para ayudar al catalizador a alcanzar la temperatura necesaria

con la mayor rapidez posible, poco antes del ciclo de compresión se efectúa

con las válvulas de admisión cerradas una segunda inyección en la cavidad del

pistón y además se retarda el encendido de esta forma se aumenta la

temperatura de escape.

En el margen de carga superior siempre se lleva a cabo una inyección doble

hasta una régimen de revoluciones medio (aproximadamente 3500 rpm), la

cantidad de inyecciones puede llegar a ser triple en el tiempo de admisión

según las necesidades. La cantidad de aire necesaria para la combustión se

divide en dos o tres procesos de inyección consecutivos. En el margen de

carga superior las dos inyecciones se realizan durante el ciclo de admisión con

válvulas de admisión abiertas favoreciendo así un consumo reducido de

combustible gracias a una mejor homogenización.

Cabe mencionar que para lograr llegar a este alto grado de precisión de

inyección que necesita el sistema de control sea muy preciso, que determine el

número y tiempos de inyecciones dentro de la cámara de combustión. Estas

nuevas unidades de mando incorporación un sistema electrónico que abre los

inyectores a voltajes hasta los 160 voltios. El sistema HPI está compuesto de

los siguientes componentes como podemos apreciar en la figura 2.2 en la

siguiente hoja.

21

Figura 2.2 Sistema de HPI13

1- Conducto de alta presión (Riel – Inyector)

2- Inyector piezoeléctrico

3- Riel

4- Sensor de alta presión

5- Conducto de alimentación (electrobomba de combustible)

6- Sensor de baja presión

7- Válvula de control de caudal

8- Bomba de alta presión de tres émbolos

9- Conducto de alta presión (Bomba- Riel)

13


22

Este sistema funciona de siguiente manera. Primero la gasolina es llevada al

sistema de alta presión por medio de la electrobomba de combustible la cual es

accionada por un modulo, este modulo EKP entre otras recibe la señal del

sensor de baja presión para mantener la presión hasta 5 bares en el sistema de

baja presión. La electrobomba envía caudal según los requerimientos del

sistema de alta presión determinada por la unidad de mando de inyección DME

la cual envía la señal a un modulo secundario EKP el cual varia el caudal en el

sistema de baja presión. En caso de fallo en el sistema la electrobomba de

combustible enviara el 100% del caudal para cuidar el sistema de alta presión.

Dentro la bomba de alta presión comprime combustible mediante sus tres

émbolos accionados permanentemente, luego fluye hacia la riel, los conductos

y finalmente hasta los inyectores. La presión necesaria en el sistema es

determinada en base a la carga y el número de revoluciones del motor. La

presión que se mantiene en el sistema es monitoreado por la unidad de

inyección DME mediante el sensor de presión en el riel. La regulación de la

presión la realiza la válvula de control de caudal mediante señales enviadas

desde la DME.

Figura 2.3 Grafico de Presión14

14


23

M. Carga del motor

N. Número de revoluciones

P. Presión

El dimensionamiento de la presión se realiza buscando la optimización del

consumo de combustible y la suavidad de marcha del motor. Dentro del

sistema se llega a su presión máxima (200 bares) a plena carga y con un

régimen de revoluciones bajo.

2.2 Componentes y Funciones

Comenzaremos con la bomba de alta presión el cual es uno de los elementos

más importantes del sistema.

Figura 2.4 Bomba de Alta Presión15

15


24

1. Compensador Térmico

2. Válvula de retención de baja presión x3

3. Conexión de sistema de control del motor

4. Válvula de control de caudal

5. Retorno de la válvula de limitación de presión

6. Admisión de electrobomba de combustible

7. Conexión de alta presión al raíl

8. Admisión en la válvula de limitación de presión

9. Válvula de retención de alta presión x3

10. Disco oscilante

11. Brida de accionamiento de bomba de alta presión

12. Émbolos de presión x3

13. Admisión de aceite de la bomba de alta presión

14. Cámara de combustible x3

El combustible es impulsado a través de la admisión (6) con la presión previa

establecida por la electrobomba de combustible hasta llegar a la bomba de alta

presión. Desde allí el combustible es conducido a través de la válvula de

control de caudal (4) y de la válvula de retención de baja presión (2) hasta la

cámara de combustible (14) del elemento de bombeo. En dicho elemento de

bombeo el combustible es sometido a presión y propulsado a través de la

válvula de retención de alta presión (9) hasta la conexión de alta presión (7). La

bomba de alta presión está conectada a la bomba de baja presión por medio de

la brida de accionamiento (11) y es accionada así también por el mecanismo de

cadenas. Ello significa que en cuanto el motor se pone en funcionamiento, los

tres émbolos impelentes de presión (12) entran en un movimiento de embolada

permanente por medio del disco oscilante (10). De este modo el combustible

está a presión mientras se siga impulsando más combustible a través de la

válvula de control de caudal (4) hasta la bomba de alta presión. La válvula de

control de caudal es activada a través de la conexión con el sistema de control

del motor (3), dando paso así al caudal necesario de combustible. La

regulación de la presión se realiza por medio de la válvula de control de caudal

mediante la apertura o cierre del canal de admisión de combustible.

25

La presión máxima en la zona de alta presión está limitada a 245 bar. Si se

supera dicha presión, el circuito de alta presión cuenta con una válvula de

limitación de presión a través de las conexiones (8 y 5) que da paso a la zona

de baja presión. Debido al carácter incomprimible del combustible dicha

regulación de la presión se realiza sin problemas. Ello quiere decir que el

combustible no varía su volumen conforme aumenta la presión. Los picos de

presión producidos son compensados mediante la introducción en la zona de

baja presión de un volumen de líquido proporcional. Las diferencias de

temperatura permiten compensar las variaciones de volumen producidas en el

compensador térmico (1) conectado a la admisión de aceite de la bomba.

En el siguiente grafico también podemos apreciar la generación de presión en

el elemento de bombeo

Figura 2.5 Elemento de Bombeo16

1. Membrana metálica

2. Embolo de presión

Azul. Combustible

Rojo. Admisión de aceite

16


26

El émbolo de presión accionado por el disco oscilante (2) comprime aceite

(rojo) durante su movimiento de ascenso contra la membrana metálica (1). El

aumento de volumen originado en a membrana metálica reduce el espacio

disponible en la cámara de combustible. El combustible sometido así a presión

(azul) es obligado así a pasar al raíl. La válvula de control de caudal regula la

presión del combustible en el rail. Ésta es activada mediante una señal de

amplitud de impulsos (PWM) desde el sistema de control del motor.

Dependiendo de la señal de activación se deja abierta una sección de

estrangulación de apertura variable ajustándose así el caudal de combustible

necesario para el correspondiente nivel de carga.

El inyector también es un componente fundamental en el sistema, en cuanto a

los avances tecnológicos a cambiado bastante para lograr cumplir dentro del

sistema de alta presión. En el pasado este sistema no era posible debido

principalmente a este componente, gracias a el, motor logra su gran eficiencia.

Este inyector es piezoeléctrico y su apertura se realiza hacia el exterior. Su

gran velocidad y resistencia a la temperatura y presión son las principales

ventajas del mismo.

Figura 2.6 Cámara de Combustión17

El inyector se encuentra ubicado junto a la bujía entre las válvulas de admisión

y escape, la ventaja de esta ubicación es que evita la humectación de las

paredes de los cilindros o el fondo del embolo con el combustible inyectado. 17


27

Figura 2.7 Inyector Piezoeléctrico18

1. Aguja del inyector abierta al exterior

2. Elemento piezoeléctrico

3. Compensador térmico

La aguja del inyector es levantada hacia afuera de su asiento en la válvula

gracias a la dilatación del elemento piezoeléctrico, debido a las variadas

temperaturas a la que está sometido el inyector cuanta con un compensador

térmico.

El ángulo del chorro al que inyecta el inyector es muy importante ya que

durante su funcionamiento y debido a la temperatura podría abrirse un poco

más esto estaría dentro de lo normal, en caso de abrir mucho este ángulo

podría llegar a humectar la bujía y causar daños en la misma.

Cabe mencionar en cuanto al tamaño de estos inyectores piezoeléctricos, que

sus dimensiones son similares a los inyectores diesel para inyección directa en

la cámara de combustión o sistemas common raíl, tanto así que en el caso de

este inyector mide de largo 19 centímetros.

18


28

Figura 2.8 Grafico de Inyección19

1. Inyección única

2. Inyección doble

3. Inyección triple

La inyección de la cantidad de combustible necesaria para la situación concreta

de funcionamiento puede llegar a exigir hasta 3 inyecciones, esto dependerá

tanto de la carga del motor como del número de revoluciones como lo podemos

ver en el grafico. De la misma manera podemos apreciar que un régimen de

bajas revoluciones y plena carga llegamos a las tres inyección lo que se

traduce en mayor eficiencia del motor. La temperatura a la que puede trabajar

varía entre los -30 y 140 grados centígrados.

Los inyectores no se abren su aguja para inyectar mediante un bobina como es

común en la inyección indirecta sino que en su interior están compuestos con

un material piezoeléctrico o dicho de otra forma este elemento es un

convertidor mecánico, este material cerámico cumple la función de transformar

la energía eléctrica en energía mecánica. Debido a que el recorrido que puede

dilatarse el material es muy corto, lo que se hace es ubicar varias capas de

este material dispuestas mecánicamente en serie y eléctricamente en paralelo.

19


29

Esto ocurre bajo la adaptación del material y mientras más tensión se la aplique

mas recorrido tendrá.

Figura 2.9 Elemento Piezoeléctrico20

1. Cristal piezoeléctrico sin paso de corriente

2. Cristal piezoeléctrico con paso de corriente

3. Estructura estratificada del elemento piezoeléctrico

Durante la fabricación de los inyectores, en determinados puntos se registran

distintos datos de edición. De este modo se determinan los intervalos de

tolerancia para el ajuste cuantitativo del inyector y se indican en una

combinación numérica de seis cifras. Se incluyen informaciones sobre el

comportamiento de ascensión del inyector para el ajuste de la tensión del

inyector. El ajuste del inyector es preciso debido a los distintos requerimientos

de tensión de cada actuador piezoeléctrico. A continuación se realiza una

asignación atendiendo a distintas clases de requerimientos de tensión, algo

relacionado con la combinación numérica registrada en el inyector. Estos datos

son transferidos al dispositivo de mando. Durante el funcionamiento del motor

estos valores se emplean para la compensación de divergencias en el

comportamiento de dosificación y de conexión. Las ventajas de los inyectores

piezoeléctricos frente a los de bobinas inductoras recae principalmente en sus

mejoradas opciones para la inyección múltiple con cambio de marcha rápido y

con sus tiempos muertos muy breves. La duración de apertura y cierre varia

entre 100 a 200 microsegundos

El inyector deposita el combustible necesario en la cámara de combustión

según su necesidad para cada situación de funcionamiento, esta cantidad lo

hace tomando en cuenta tres magnitudes. La presión en la riel, el tiempo de 20


30

apertura del inyector y la elevación de apertura del inyector. La duración de la

apertura y la carrera de apertura están definidas por la electrónica digital del

motor.

La unidad de mando también es parte de estos cambios. No solo la gran

velocidad de en cuanta a transmisión con esto me refiero al triple de su

capacidad de sus predecesores sino también una capacidad de

almacenamiento del 65% mayor. Las necesidades a las que se ven sometidas

estas unidades de mando precisan muchas más funciones y un procesamiento

de datos mucho más rápido. La gran potencia de computación se necesita

sobre todo para el control de los inyectores en la inyección múltiple y los

numerosos campos característicos de datos. Para abrir los inyectores de alta

presión la unidad de control los activa a través de conexiones a masa. Además

la unidad de control tiene un convertidor de corriente DC/DC de 12 voltios y 160

voltios, sin embargo puede llegar hasta 190 voltios, este voltaje es necesario

para abrir los inyectores, en la zona de los convertidores de tensión se puede

llegar a tener altas temperaturas por lo cual este calor se disipa a través de la

carcasa de aluminio de la unidad de mando. Además en la platina de la unidad

de mando se encuentran tres sensores, uno de temperatura que se utiliza para

el cálculo térmico de los componentes de la unidad de mando, otro de presión

ambiente que es necesario para el cálculo de composición de la mescla y

finalmente un sensor de tensión que controla la alimentación.

Para el transporte adecuado existe un sensor de baja presión de combustible el

cual envía una señal de tensión a la unidad de mando principal DME. La

presión del sistema (baja presión de combustible) se determina con el sensor

de baja presión de combustible ubicado antes de la bomba de alta presión. En

la DME siempre se compara la presión teórica con la presión real. Si hay una

desviación entre la presión teórica y la presión real, la DME incrementa o

disminuye la tensión para la electrobomba de combustible, que se envía

mediante mensaje dentro de una conexión de fibra óptica, a la unidad de

mando de la electrobomba recibe el mensaje y la convierte en tensión de salida

para la electrobomba de combustible, de esta manera se regula la presión

necesaria para el motor.

31

El sensor de presión en el riel mide la presión actual del combustible en el riel,

la presión de combustible llega a la membrana de este elemento con sensor, la

deformación de la membrana se convierte en una señal eléctrica gracias al

elemento sensor. La conexión de evaluación prepara la señal y transmite una

señal de tensión análoga a la electrónica del motor. La señal de tensión se

incrementa a medida que aumenta la presión del combustible.

32

CAPITULO 3. ELABORACION DE LA MAQUETA DESCRIPTIVA

EN UN MOTOR N54 BMW

En este capítulo describiremos la elaboración de maqueta al igual que las

funciones para las cuales fue diseñada. En esta maqueta hubo q realizar varios

ajustes para lograr su funcionamiento optimo, estas soluciones estarán

presentadas a continuación. Finalmente en este capítulo revisaremos la

inyección directa de gasolina en términos prácticos

3.1 ELABORACION

Este motor proviene de un vehículo BMW 135i, este motor se encontraba

remordido aparentemente por falta de lubricación ya que rodo por varios

kilómetros con una fuga importante de aceite proveniente del radiador de

aceite. Los pasos que seguimos fueron los siguientes.

3.1.1 Revisión y localización de daños

Este proyecto comenzó con un motor remordido el cual no giraba. Al abrirlo se

evidenciaba limalla en el aceite del vehículo, después de retirar la tapa de

válvulas no se encontraba ningún defecto, no había daño en los arboles de

levas. Desmontamos el cabezote, verificamos las válvulas las mismas que

estaban en buen estado, los pistones tampoco parecían averiados aunque

estaban trabados.

Figura 3.1 Vista del Cabezote

33

Figura 3.2 Vista del Block

Retiramos el block del motor donde se pudo comprobar el daño. Las chaquetas

de la bancada del cigüeñal se encontraban en muy mal estado. Al retirar el

cigüeñal se pudo efectivamente confirmar que el daño provino de las

chaquetas, estas se encontraban remordidas por falta de lubricación.

Figura 3.3 Vista del Cigüeñal

3.1.2 Limpieza y corte del motor

Después de desmontar totalmente el motor para poder limpiarlo ya que este se

encontraba totalmente lleno de limallas procedimos a realizar los cortes en el

block del motor para poder visualizar los pistones y la cámara de combustión.

Realizamos los mismos cortes tanto en el cárter de aceite como en la tapa de

válvulas para poder apreciar los componentes del motor. Esto lo hicimos con

una amoladora una sierra de metal y lijas para la textura final. Este proceso

demoro varias semanas.

34

Figura 3.4 Herramientas de Corte

Figura 3.5 Corte en el Block

Figura 3.6 Corte en el Cárter de Aceite

35

Figura 3.7 Tapa de Válvulas antes de ser Cortada

3.1.3 Estructura de soporte para motor

Tuvimos que armar un soporte para sostener la maqueta y el motor para ello

había que tomar en cuenta el peso del motor el cual es de 147 kg. Para este

soporte utilizamos tubos de hierro de 3mm de espesor los cuales fueron

soldados con suelda eléctrica y los electrodos 60 11 para fundir y penetrar, y 70

18 para acabados, los cuales están en el grafico inferior

Figura 3.8 Electrodos

De esta manera y para soportar el peso del motor se dispuso que el soporte

este distribuido como se lo puede apreciar en el grafico a continuación.

Después de soldar los tubos se procedió a pintar para obtener una mejor

imagen. Además este soporte brinda la opción de girar sobre su eje horizontal

en caso de ser necesario sin embargo debido a la función principal para la cual

fue diseñado y debido a las conexiones eléctricas es preferible no hacerlo.

36

Figura 3.9 Soporte de Motor

Para soportar el peso del motor soldamos una placa de 10 mm del mismo

material y realizamos huecos para que sujeten desde el motor. Para calcular la

fuerza que debe resistir la placa que sujeta el motor y el soporte.

Buscamos el momento utilizando la formula

N = F x d (donde: N= momento, F=peso del motor, d=distancia desde el

soporte hasta el punto de gravedad)

Por lo tanto N = 147 kg x .20 m = 29.40 kgm

Después calculamos T el cual es valor de tolerancia del corte. Cuya fórmula es

T= N r / J (donde: r= es el radio del soporte, J= momento de inercia)

Para despejar J usamos la formula cuyo resultado sale J= 0.000628m

De tal manera q despejando T= 147kg x 0.04m / 0.00628m = 936.30 kgm

Figura 3.10 Base de Sujeción para Motor

37

Después de esto colocamos ruedas en el soporte para que tenga fácil

movilidad las cuales están diseñadas para aguantar un peso de 60 kg cada una

por lo que el peso de la maqueta es muy bien tolerado por las mismas.

Figura 3.11 Ruedas en Soporte

3.1.4 Ensamblaje de motor y maqueta

Luego de este proceso volvimos a armar el motor en un soporte para el mismo,

pusimos un contenedor de fluidos en su base para que poder botar los fluidos

causados por la inyección y colocamos un tanque de alimentación o depósito

para alimentar el sistema de combustible.

Figura 3.12 Imagen de Motor Durante Ensamblaje

38

Figura 3.13 Motor sobre Soporte

En el interior del depósito colocamos una bomba de combustible, esta bomba

pertenecía a un Porsche Cayenne, se encontraba usada pero la probamos y

efectivamente tenía caudal de combustible por lo que la usamos en la maqueta.

Figura 3.14 Bomba de Combustible de Baja Presión

Adquirimos previamente una bomba de alta presión, inyectores de alta presión

y las tuberías del sistema. Compramos además cañerías plásticas para realizar

una conexión entre la bomba de combustible que se encontraba dentro del

depósito de combustible y la toma de admisión de combustible en la bomba de

alta presión. Además en esa misma cañería colocamos una T para mediante

un manómetro medir la presión del sistema de baja presión.

39

Figura 3.15 Conexión Hidráulica para Adaptación de Manómetro

Armamos las tuberías y los inyectores de alta presión en el lugar para el cual

fueron diseñados, y revisamos q tengan el ajuste adecuado. Después les

instalamos conectores a los inyectores para realizar las instalaciones

eléctricas.

Figura 3.16 Conectores de Inyectores

40

Adaptamos una T en el final de riel donde va ubicado el sensor de presión con

la finalidad de obtener dos mediciones una del sensor de presión y la otra

conectada al manómetro para reconocer a que presión se encontraba el

sistema de alta presión en la riel de inyección

Figura 3.17 Conexión Hidráulica para Manómetro de Alta Presión

3.1.5 Elaboración del sistema eléctrico

Fabricamos módulos de control y los instalamos en la maqueta además de sus

respectivas conexiones para sus diversas funciones

Figura 3.18 Modulos de Control

En cuanto a la realización de los módulos se tuvo que elaborar dos de ellos

como muestra el siguiente grafico

41

Diagrama esquemático de las placas para control de funciones

El bloque MPWM_V1 es el encargado de manejar a través de modulación por

ancho de pulso (PWM) el motor de presión para elevar la presión hasta 60

bares y de chequear el valor del sensor de presión del riel para mantener

siempre la presión especificada en el sistema.

El bloque INY_V1 maneja a través de salidas digitales a los opto acopladores

de alta velocidad para el disparo de los inyectores, tomando en cuenta la

secuencia de encendido de los 6 inyectores. El tiempo de duración del pulso

para cada inyector es muy pequeño porque estos inyectores piezoeléctricos por

esta razón se dedican un módulo solo para ellos.

Bomba

de baja

presión

Motor de

alta presión

Sensor de

presión

I

N

Y

E

C

T

O

R

E

S

MPWM_V1

INY_V1

42

Esquema modulo de control para mantener alta presión, Placa MPWM_V1

Esquema de modulo de control para inyectores, Placa INY_V1

El corazón de estos módulos es el microprocesador. Las principales

características necesarias para la selección del micro controlador son:

conversor análogo-digital, relojes, disponibilidad de pines, y velocidad de

procesamiento.

Debido al sensor de presión en el riel, se necesita sensar el valor de la presión

para variar la modulación PWM hacia el motor que genera la alta presión. Una

de las ventajas es la linealidad del sensor de presión. Esta función se cumple

gracias al conversor análogo digital.

Microprocesador Fuente

12V

Sensor de

presión

Fuente

5V Motor de

alta presión

Microprocesador Fuente

12V

I

N

Y

E

C

T

Fuente

5V

Optoacoplador

Elevador de

voltaje 170V

DC

43

Debido a las salidas digitales hacia la electrónica de potencia, la generación de

PWM para el motor o de pulsos para los inyectores. Por esto se toma en

cuenta la disponibilidad de pines

Tomando en cuenta el corto tiempo de duración del pulso en cada inyector

(1.75µs) que es algo bastante rápido para los procesadores que hay en el

mercado. Por ello otro valor a tomar en cuenta es la velocidad de

procesamiento.

Por esta razón y considerando todas las características antes mencionadas se

toma la decisión de utilizar el microcontrolador ATMEGA16 de ATMEL, debido

a que cumple con las especificaciones y además tiene algunas características

adicionales (tamaño, robustez, costo y herramientas gratuitas) que facilitan el

desarrollo del prototipo.

El ATMEGA16 es un microcontrolador de la familia AVR de Atmel, con

tecnología RISC (Reduced Instruction Set). Ejecuta una instrucción por ciclo de

máquina lo que lo hace muy eficiente y rápido, dando una capacidad de

20MIPS (Millones de Instrucciones por Segundo) con un cristal de 20MHz.

Entre las principales características tenemos:

16 KBytes de memoria Flash. Hasta 10 000 ciclos escritura/borrado

1 KBytes de memoria SRAM

512 Bytes de memoria EEPROM. Hasta 100 000 ciclos escritura/borrado

1 temporizador/contador de 16 bits

2 temporizadores/contadores de 8 bits

Interfaz serial ISP Master/Esclavo

Fuentes de interrupción interna y externa

32 líneas programables de I/O

Fuente de alimentación desde 4.5V a 5.5V

Consumo de corriente promedio 0.4mA

Estas son las características más relevantes, Otra de las ventajas es que

posee In-System Reprogrammble Flash, para almacenar el programa sin la

necesidad de desmontar el microcontrolador de la placa

44

En cuanto al sensor de alta presión análogo-digital después de la bomba

elevadora de presión. Este sensor es lineal y varía entre 0.5V a 4.5V, no

necesita de ningún acondicionamiento de la señal debido a que trabaja en el

mismo rango que el voltaje del microprocesador. Por esta razón se utiliza como

un circuito en lazo cerrado para verificar que la presión que se está generando

con el motor de alta sea el adecuado, teniendo en cuenta un menor margen de

error.

En la siguiente figura se muestra el circuito para sensar el valor del voltaje del

sensor de alta presión.

Circuito de señal del sensor de alta presión

Circuito de referencia del sensor análogo digital

Por cuestiones de seguridad se agrega la referencia analógica del

microprocesador:2

45

KR

mA

VR

I

VVR

I

VVR

mAI

uAI

mAI

EcuaciónI

I

B

BER

B

BER

B

B

B

C

B

1

4

7.05

4

15

80

2.1

2.3

3

3

3

3

3

3

El solenoide de alta presión necesita una señal modulada por ancho de pulso,

lo que varía la presión a la salida de la bomba. Este motor funciona a 12V y se

utiliza un circuito de colector abierto para manejar un transistor Darlington para

generar el PWM, el motivo de utilizar este transistor es debido a la alta

ganancia que tiene, la ganancia mínima es ß=1000 por ende la corriente en la

base es menor para generar la corriente en el colector. Para el cálculo de la

resistencia de la base del transistor Darlington se dimensiona una corriente de

colector de 700mA, tomando en cuenta las características del solenoide.

Diagrama del circuito de alta presión

46

Los inyectores son de un material piezoeléctrico por lo cual el tiempo del ancho

del pulso es mínimo, las especificaciones del inyector determinan un tiempo de

1.75us y un voltaje de alimentación de 170V DC. Las características especiales

determinan que los elementos electrónicos deben ser especiales, por este

motivo se debe determinar optoacopladores de alta velocidad, se selecciona

uno con un tiempo de respuesta de 0.8us para activarse y 0.8us para

desactivarse. Adicional como antes se menciona el tiempo del pulso es

demasiado corto también se necesita transistores de alta velocidad de

conmutación, para este caso se utilizo Mosfet canal N de alta velocidad y de

alto voltaje debido a los 170V en caso de estar abierto el Mosfet, por lo cual se

escoge el IRF830.

La ventaja de utilizar el Mosfet es que trabaja a través de voltaje, no hay que

dimensionar la corriente, por esa razón la salida del optoacoplador es

conectado a 12V para garantizar una mayor capacidad de circulación de

corriente a través del Mosfet.

La siguiente imagen muestra el diagrama del circuito.

Diagrama esquematico de los inyectores

Cabe mencionar que para la elaboración de la placa se utiliza el programa

Protel DXP 2004como hardware

A continuación el diagrama esquemático de las placas:

47

Diagrama esquemático del solenoide de alta presión y el sensor de alta presión

PB0 (XCK/T0) 1 PB1 (T1) 2 PB2 (AIN0/INT2) 3 PB3 (AIN1/OC0) 4 PB4 (SS) 5 PB5 (MOSI) 6 PB6 (MISO) 7 PB7 (SCK) 8

RESET 9

PD0 (RXD) 14 PD1 (TXD) 15 PD2 (INT0) 16 PD3 (INT1) 17 PD4 (OC1B) 18 PD5 (OC1A) 19 PD6 (ICP) 20 PD7 (OC2) 21

XTAL2 12 XTAL1 13

GND 11

PC0 (SCL) 22 PC1 (SDA) 23 PC2 (TCK) 24 PC3 (TMS) 25 PC4 (TDO) 26 PC5 (TDI) 27

PC6 (TOSC1) 28 PC7 (TOSC2) 29

AREF 32 AVCC 30

GND 31

PA7 (ADC7) 33 PA6 (ADC6) 34 PA5 (ADC5) 35 PA4 (ADC4) 36 PA3 (ADC3) 37 PA2 (ADC2) 38 PA1 (ADC1) 39 PA0 (ADC0) 40

VCC 10

U2

ATmega16-16PI

1 2

JP1

POWER

1000uF

C1 Cap Pol1

VIN IN 1

2

OUT 3

GND

U1

7805

VCC

100uF

C3 Cap Pol1

D1

1N4007

1

2 Y1 12MHz 22pF

C4

Cap

22pF

C5

Cap

10uF

C2 Cap Pol1

10K

R1 Res1

S1 SW-PB

VCC

1 2 3 4 5 6 7 8

JP3

AVR ISP

MISO SCK MOSI RST

VCC

10K

R4 RPot

100pF

C6 Cap

VCC

10K

R3 RPot

VCC

330

R2 Res1

VCC

Q1 NPN3

1 2

JP2

Header 2

VIN

100pF

C7 Cap

VCC

100pF

C8 Cap

VCC

RST

MISO MOSI

SCK

48

Diagrama esquemático del circuito de inyección

PB0 (XCK/T0)

1

PB1 (T1)

2

PB2 (AIN0/INT2)

3

PB3 (AIN1/OC0)

4

PB4 (SS)

5

PB5 (MOSI)

6

PB6 (MISO)

7

PB7 (SCK)

8

RESET

9

PD0 (RXD)

1 4

PD1 (TXD)

1 5

PD2 (INT0)

1 6

PD3 (INT1)

1 7

PD4 (OC1B)

1 8

PD5 (OC1A)

1 9

PD6 (ICP)

2 0

PD7 (OC2)

2 1

XTAL2

1 2

XTAL1

1 3

G N D

1 1

PC0 (SCL)

2 2

PC1 (SDA)

2 3

PC2 (TCK)

2 4

PC3 (TMS)

2 5

PC4 (TDO)

2 6

PC5 (TDI)

2 7

PC6 (TOSC1)

2 8

PC7 (TOSC2)

2 9

AREF

3 2

A V C C

3 0

G N D

3 1

PA7 (ADC7)

3 3

PA6 (ADC6)

3 4

PA5 (ADC5)

3 5

PA4 (ADC4)

3 6

PA3 (ADC3)

3 7

PA2 (ADC2)

3 8

PA1 (ADC1)

3 9

PA0 (ADC0)

4 0

V C C

1 0

U 2

ATmega16-16PI

1

2

JP1

POWER

4 7 0 u F

C 2

Cap Pol1

VIN

I N

1

2

O U T

3

G N D

U 1

7 8 0 5

V C C

1 0 0 u F

C 5

Cap Pol1

D 1

1N4007

12

Y 1

12MHz

2 2 p F

C 3

Cap

2 2 p F

C 4

Cap

1 0 u F

C 1

Cap Pol1

1 0 K

R 1

Res1

S 1

SW-PB

V C C

1 2

3 4

5 6

7 8

JP2

AVR ISP

MISO SCK

MOSI

RST

V C C

1 0 K

R 6

RPot

1 0 0 p F

C 9

Cap

V C C

1 0 K

R 5

RPot

V C C

DS1

LED0

1 K

R 2

Res1

V C C

3 3 0

R 7

Res1

V C C INY1

3 3 0

R 8

Res1

V C C

3 3 0

R 9

Res1

V C C

3 3 0

R10

Res1

V C C

3 3 0

R11

Res1

V C C

3 3 0

R12

Res1

V C C INY6

V C C

INY2

INY3

INY4

INY5

1

2

JP4

DC 160V

1

2

3

4

5

6

7

8

JP3

INYEC

1 0 0 p F

C 6

Cap

V C C

1 0 0 p F

C 7

Cap

V C C

MISO

MOSI

SCK

TARJETA MANEJO INYECTORES

1

2

JP5

DC 12V

1 6 0 V

1 2 V

1 6 0 V

1 0 K

R13

1 2 V

1 2 V

1 2 V

1 2 V

1 2 V

1 2 V

G N D 2

G N D 2

G N D 2

10K 5W

R 4

10K 5W

R 3

D 2

Zener 12V

1 0 0 u F

C 8

Cap Pol1

1 2 V

G N D 2

1 6 0 V

U 3

6N136U 4

6N136U 5

6N136U 6

6N136U 7

6N136U 8

6N136

Q 1

IRF830

1 0 K

R14

G N D 2

Q 2

IRF830

1 0 K

R15

G N D 2

Q 3

IRF830

1 0 K

R16

G N D 2

Q 4

IRF830

1 0 K

R17

G N D 2

Q 5

IRF830

1 0 K

R18

G N D 2

Q 6

IRF830

49

3.2 GUIA DE PRÁCTICAS

Como generalidades según fue descrito anteriormente el sistema de

combustible propio de este motor se ha acoplado para poder comprender su

funcionamiento, es así que el motor se encuentra cortado para poder observar

su inyección en los tiempos propios de cada inyector para su funcionamiento.

En el motor se encuentran identificados los sensores y se puede apreciar todo

el motor como tal. En las dos placas las cuales ya fueron explicadas también

podemos apreciar los componentes electrónicos que conforman las mismas y

que hacen posible el funcionamiento de la inyección directa de combustible.

Antes de iniciar las prácticas se debe confirmar que en el depósito de

combustible exista diesel ya que con este combustible hemos estado

trabajando, por ser menos inflamable que la gasolina.

Esta maqueta tiene un soporte con ruedas por lo que fácilmente podemos

movilizarlo hay que tener en cuenta que el peso aproximado de la maqueta es

de 150 kg

También podemos apreciar los fusibles que protegen el sistema eléctrico, de

esta manera cada componente que es alimentado de electricidad se encuentra

protegido. Los componentes eléctricos de la misma manera tienen switchs que

alimentan a la maqueta tanto de un voltaje de 12 voltios para funcionar

parcialmente la maqueta, al igual que de 160 voltios para manipular los

inyectores y su apertura. Es por esta razón que se requiere una fuente de 12

voltios ósea una batería bien cargada al igual que una toma corriente de 110

voltios para poder operar la maqueta.

A continuación describimos las prácticas que recomendamos realizar en este

proyecto didáctico

3.2.1 Guía práctica 1

Identificación de los componentes del sistema

3.2.1.1 Objetivos:

Reconocer físicamente cada uno de los componentes que integran el sistema

de inyección directa del motor N54 de BMW

50

Conocer las propiedades de cada uno de los componentes del sistema

3.2.1.2 Descripción de la práctica:

Con el objetivo de conocer e identificar cada uno de los componentes del

sistema se propone que el estudiante utilice la maqueta y realice una serie de

actividades que permitan la adquisición de conocimientos. Se busca que exista

un contacto directo con cada componente, contacto que favorezca la

asimilación tanto de la forma física del componente así como con la noción de

ubicación de los mismos. Se propone por tanto dar a los estudiantes una guía

práctica de actividades mencionadas a continuación y que deben ser realizadas

en un orden sucesivo y evaluadas por el profesor responsable.

3.2.1.3 Actividades:

3.2.1.3.1 Reconocer cada elemento del sistema de inyección directa de

combustible del motor N54 de BMW.

El profesor debe presentar a cada estudiante cada uno de los componentes

principales de la maqueta que componen el sistema de inyección directa. El

orden que se propone para la identificación de los elementos es un orden

secuencia ligado al funcionamiento del sistema. Esta metodología pretende

facilitar la comprensión del funcionamiento, la misma que será descrita en la

guía de práctica 3.

Los elementos que se recomienda mencionar durante esta primera actividad

están enlistados a continuación:

a) Bomba de baja presión de combustible

b) Cañería plástica desde la bomba de baja presión hasta la bomba de alta

presión de combustible.

c) Bomba de alta presión de combustible.

d) Motor eléctrico que acciona la bomba de alta presión

e) Válvula de control del caudal

f) Cañería de alta presión hasta el riel de combustible

g) Riel de combustible

h) Sensor de alta presión

51

i) Cañerías de alta presión desde el riel hacia los inyectores

j) Inyectores

k) Cámara de combustión

3.2.1.3.2- Identificar cada elemento físicamente:

Para que los estudiantes puedan identificar cada uno de los elementos

mencionados a continuación se propone un despiece de la maqueta.

El despiece de la misma debe también seguir su orden funcional y debe ser

realizado por un grupo de estudiantes que no exceda las 5 personas. Se hace

esta recomendación para prevenir que el exceso de participantes por actividad

dificulte tanto la visibilidad como la participación de los estudiantes interfiriendo

en el proceso de aprendizaje. Un vez que los estudiantes han realizado el

despiece de cada uno de los componentes estos deben ser identificados y

membretados por los mismos. El profesor encargado de la actividad deberá

corroborar que cada uno de los componentes haya sido identificado

correctamente por lo estudiantes, y en caso de existir cualquier error el mismo

debe ser corregido antes de continuar a la siguiente actividad. Se propone

también que cada estudiante fotografíe los distintos elementos y guarde dichas

fotografías para ser utilizadas en la guía práctica 2.

3.2.1.3.3 Identificar la ubicación de cada uno de los elementos:

Una vez que los estudiantes han logrado identificar cada uno de los

componentes es necesario empezar esta actividad por retirar las etiquetas o

adhesivos colocados en cada uno de los mismos.

Es momento de que los alumnos se familiaricen con la ubicación física de cada

elemento dentro del sistema. Para realizar esta actividad se propone el armado

de la maqueta. Cada uno de los alumnos debe encargarse de re-ensamblar por

lo menos un elemento del sistema. Una vez que el elemento es integrado a la

maqueta se realiza un recuento verbal de la ubicación del mismo mencionando

los componente a los que este se acopla.

52

Cuando la maqueta este armada en su totalidad es necesario que los

estudiantes sea capaces de hacer un recuento de cada componente y de su

ubicación física en el sistema. Incluso se puede evaluar al grupo mediante una

lección oral que al azar cuestione la apariencia y la ubicación de los elementos

mencionados en la actividad 1.

3.2.1.4 Conclusiones:

Durante esta guía práctica se ha conseguido que los estudiantes conozcan los

elementos del sistema y que a su vez reconozcan la ubicación física de los

mismos. Si esto es cierto podemos decir que los objetivos de la misma han sido

cumplidos en su totalidad. Se recomienda realizar una evaluación escrita de los

componentes y su ubicación para cuantificar los resultados obtenidos de esta

primera guía práctica.


Conocimiento de las propiedades físicas de cada componente del sistema

3.2.2.1 Objetivos:

Reconocer las propiedades físicas de cada uno de los elementos del sistema

de inyección directa del motor N54 de BMW.

Reconocer las principales características funcionales de los elementos del

sistema de inyección directa mencionado anteriormente.

3.2.2.2 Descripción de la práctica:

Con el objetivo de tanto las propiedades físicas como las características

básicas de funcionamiento de los componentes y apoyados por las fotografías

obtenidas durante la segunda actividad de la guía práctica 2, se propone un

trabajo de aula basado en la observación y la comprensión de ciertas

particularidades.

Se propone el trabajo en equipo para el desarrollo de esta guía práctica, y se

busca la integración de conocimientos previos de cada estudiante

53

complementados por la información del documento escrito del presente

proyecto a cargo del profesor encargado.

3.2.2.3 Actividades:

3.2.2.3.1 Identificación y selección de las fotografías:

Se propone al profesor realizar un listado digital de los componentes asignando

a cada elemento una carpeta. El archivo debe ser circulado por el salón de

clases para que cada uno de los alumnos guarde sus fotografías en la carpeta

que identifique el elemento en cuestión.

Un vez que el profesor tenga las fotografías de todos los alumnos clasificadas

en un mismo archivo, el mismo deberá con la ayuda de un retroproyector

proyectar las mismas en el pizarrón.

Revisando cada uno de los elementos en el mismo orden establecido desde la

primera actividad de la guía práctica 1, el grupo deberá votar y seleccionar la

fotografía que va a representar a cada elemento.

Los criterios de juicio que el profesor debe proponer al grupo para realizar la

selección son, la claridad, la nitidez y el ángulo que mejor visibilidad de la pieza

ofrezca.

3.2.2.3.2 Identificación de propiedades físicas de los componentes.

Con la selección de imágenes ya realizadas el profesor deberá proyectar las

mismas en el orden ya utilizado anteriormente, es decir de la siguiente manera:

a) Bomba de baja presión de combustible

b) Cañería plástica desde la bomba de baja presión hasta la bomba de alta

presión de combustible.

c) Bomba de alta presión de combustible

d) Motor eléctrico que acciona la bomba de alta presión

e) Válvula de control del caudal

f) Cañería de alta presión hasta el riel de combustible

g) Riel de combustible

h) Sensor de alta presión

54

i) Cañerías de alta presión desde el riel hacia los inyectores

j) Inyectores

k) Cámara de combustión

De manera grupal y con la imagen proyectada de cada componente el profesor

debe motivar la participación en clase de los alumnos solicitando su aportación

en búsqueda de determinar las propiedades físicas de los elementos del

sistema.

Se recomienda realizar un listado en el pizarrón para permitir la visualización

de cada una de las propiedades mencionadas y a su vez evitar la repetición de

estas.

Una vez que los estudiantes han contribuido con las propiedades de cada

elemento, se recomienda también que el profesor responsable realice un

recuento de las mismas y complemente la información en caso de considerar

necesario.

Cada estudiante es responsable de tomar nota de las propiedades físicas que

caracterizan a cada uno de los 11 elementos del sistema.

3.2.2.3.3 Identificación de las características funcionales de cada componente.

De la misma manera y una vez finalizada la primera actividad el profesor

deberá repetir el proceso realizado en la actividad 2. En esta ocasión se

buscará establecer las características funcionales de cada elemento.

Si bien los estudiantes aún no conocen a detalle el funcionamiento del sistema,

las metodología de esta actividad se basa en la lógica y será complementada

por el conocimiento del profesor.

Se recomienda completar la información aportada por los alumnos sin

descuidar los datos técnicos de funcionamiento como presión y voltajes de

alimentación de los distintos componentes.


55

Al finalizar la guía práctica 2, el estudiante debe ser capaz no solo de identificar

cada elemento sino que a su vez este debe conocer y entender tanto las

propiedades físicas como las características funcionales de cada elemente. Al

igual que en la práctica anterior se recomienda al profesor evaluar los

conocimientos adquiridos por los estudiantes para corroborar que los objetivos

han sido cumplidos a cabalidad.


Conocimiento del funcionamiento del sistema de inyección directa del motor

BMW N54

3.2.3.1 Objetivos:

Conocer el funcionamiento de cada elemento del sistema de inyección directa

del motor N54 de BMW.

Conocer el funcionamiento holístico del sistema de inyección directa del motor

N54 de BMW.

3.2.3.2. Descripción de la práctica

Durante esta práctica se propone un trabajo de campo en el que los alumnos

utilicen la maqueta y que mediante la puesta en marcha de la misma exista un

observación orientada al aprendizaje del funcionamiento tanto individual de los

elemento del sistema como del sistema en su totalidad.

3.2.3.3 Actividades

3.2.3.3.1 Actividad 1

Se propone que los estudiantes después de la verificación previa de la

existencia de combustible pongan en marcha la maqueta. Una vez que la

misma está funcionando el profesor encargado, basado en el documento de

este proyecto deberá explicar a los alumnos el funcionamiento de cada uno de

los elementos.

56

Apoyado por la maqueta y aprovechando sus características didácticas se

propone que el profesor motive a los estudiantes a observar lo descrito y

asimilar entendiendo el proceso en lugar de memorizar el mismo.

El estudiante debe ser capaz de entender el funcionamiento de cada uno de los

componentes por separado antes de continuar a la siguiente actividad.

3.2.3.3.2 Actividad 2

Un vez que los estudiantes han comprendido el funcionamiento individual de

cada elemento, el profesor debe explicar la integración de los funcionamiento

de cada elemento para que el estudiante comprenda el funcionamiento del

sistema como un solo conjunto.

Se recomienda permitir que los estudiantes hagan preguntas y cuestionen el

funcionamiento del sistema en su conjunto con el objetivo de aclarar las dudas

del grupo.


Una vez finalizado esta práctica, el estudiante debe ser capaz de describir tanto

el funcionamiento del sistema como el funcionamiento de cada uno de los

componentes del mismo. Se recomienda al profesor evaluar este conocimiento

para medir el cumplimiento de los objetivos planteados anteriormente.

57

RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES

A lo largo de la elaboración de esta tesis han surgido varios problemas los

cuales fueron resueltos para lograr finalizar con este proyecto. En el siguiente

capítulo revisaremos más detenidamente estos problemas y finalizaremos con

las conclusiones respecto a este proyecto de tesis.

RECOMENDACIONES

Se debe tener en cuenta que los trabajos que se realicen en el sistema de alta

presión deben tener una gran limpieza y siguiendo siempre las instrucciones

del manual de reparación de cada marca. Esto se debe a que pequeñas

impurezas pueden llegar a alojarse en las atornilladuras de los conductos

causando falta de estanqueidad

Los trabajos en el sistema de alta presión siempre deben realizarse con el

motor frio. Esto se debe a que en caso de tener una temperatura de

refrigerante mayor a 40 grados C se corre el peligro que salgan chorros de

combustible a presión proyectados hacia atrás esto se debe a la presión

residual que existe en el sistema de alta presión.

En caso de retirar los inyectores deben ser vueltos a colocar en el mismo

cilindro esto debido a que dentro de la DME se van registrando ciertas

calibraciones para cada uno de los inyectores, de tal manera que en caso de

cambiar los inyectores no se lograría un funcionamiento optimo de los mismo

Cuando se realicen trabajos en el sistema de alimentación de combustible del

motor debe tenerse en cuenta que las bobinas de encendido no deben quedar

manchadas de combustible. La resistencia del material de silicona se ve

considerablemente reducida por el intenso contacto con el combustible. Se

pueden producir así repliegues en la cabeza de las bujías de encendido y por

tanto fallos de encendido

Durante el montaje de un nuevo inyector se debe comprobar que el asiento del

inyector se encuentra en perfecto estado esto para garantizar estanqueidad en

el sistema.

58

Se debe tener cuidado con los cables de alimentación de los inyectores ya que

estos se encuentran alimentados por una corriente promedio de 160v debido a

la placa de capacitores, por lo que no se debe manipular los cables ni la placa

de capacitores para evitar una descarga en el cuerpo

CONCLUSIONES

Al termino de este proyecto podemos concluir que el funcionamiento de la

inyección directa de gasolina queda demostrado, esto mediante la práctica y la

teoría. Tanto el trabajo teórico el cual está enfocado a demostrar y entender

este sistema como la maqueta donde de manera práctica poder verificar que

efectivamente el sistema funciona y además observar como lo hace.

En la maqueta queda evidenciada la inyección directa de gasolina a la cámara

de combustión en donde podemos verificar su funcionamiento, además

podemos de manera clara confirmar las presiones que tienen cada sistema de

alimentación de combustible, siendo estos el sistema de alta y baja presión.

Podemos evidenciar los componentes que poseen las unidades de control y

comprender de mejor manera como se logra el funcionamiento de esta

maqueta

En el trabajo teórico logramos entender las características además de

funcionamiento y requisitos que debe cumplir un motor para lograr funcionar

con inyección directa a la cámara de combustión esto en motores a gasolina.

Además se reviso y analizo los componentes que comprenden este sistema de

alta presión para lograr tener un entendimiento más completo del mismo.

Al ser este un proyecto para uso didáctico se han descrito algunas guías

prácticas las cuales son un ejemplo de los varios usos didácticos para el cual

fue realizado este proyecto.

Finalmente hemos logrado comprender las ventajas que posee este sistema y

evidenciar la evolución del sistema de inyección de gasolina donde en su futuro

muy próximo encontraremos este tipo de inyección en todo tipo de vehículos.

Siendo el único problema actual los altos costos que demandan la fabricación

de estos motores, sin embargo la industria automotriz se encuentra en

constante evolución y el siguiente paso al que se enfrentara es lograr un

59

sistema de inyección directa de gasolina con costos más accesibles para todos

los vehículos de producción de todas las marcas.

Termino esta tesis cumpliendo con cada uno de los objetivos q se propuso para

la misma y esperando que esta sea una herramienta más para los profesores

de la Universidad Internacional del Ecuador en su búsqueda del conocimiento y

en su labor de educar a las nuevas generaciones de futuros ingenieros de

nuestra patria.

60

BIBLIOGRAFIA

1. http://www.bmw.com.ec/ec/es

2. https://sgate.bmwgroup.com

3. http://en.wikipedia.org/wiki/BMW_N54

4. https://gqs.bmwgroup.com/ms

5. https://ppn.porsche.com/porscheacademy

6. Aftersales training motor N54, Archivo PDF, BMW AG. Munchen,

Alemania. Junio 2006

7. Aftersales training Fundamentos del motor; Archivo PDF, BMW AG.

Munchen, Alemania. Octubre 2005

8. Manual Técnico BMW, Sistema online para información técnica, BMW

AG. Munchen Alemania. Junio 2008

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